JP5618766B2 - Radical measuring device and radical measuring tube - Google Patents

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Description

本発明は、ラジカルの結合熱を測定するためのラジカル測定装置及びラジカル測定管に関する。   The present invention relates to a radical measurement device and a radical measurement tube for measuring the heat of bonding of radicals.

アッシング、化学エッチング等、ラジカル(不対電子を有する化学種)を反応種として用いるプロセスが知られている。ラジカルは、原料ガスをプラズマ化することにより生成される。ラジカルは、一般に、分子に比べて不安定であり、生成されたラジカルの一部は互いに、又は他の化学種と結合(再結合)して分子等になり、活性が消失(失活)する。失活は、主にプロセスチャンバ等の固相表面において生じ、その速度は当該表面を構成する材料に依存する。このため、ラジカルが接触する表面を、そのラジカルの失活の速度(再結合係数)が小さい材料によって構成することにより、失活によって失われるラジカル量を低減し、所望の反応の速度を向上させることが可能となる。   Processes using radicals (chemical species having unpaired electrons) as reactive species, such as ashing and chemical etching, are known. The radical is generated by converting the raw material gas into plasma. In general, radicals are unstable compared to molecules, and some of the generated radicals are combined (recombined) with each other or with other chemical species to become molecules or the like, and the activity disappears (deactivates). . Deactivation occurs mainly at a solid phase surface such as a process chamber, and its speed depends on the material constituting the surface. For this reason, the surface which a radical contacts is comprised with the material with the small speed | velocity | rate (recombination coefficient) of the radical deactivation, the radical amount lost by deactivation is reduced, and the speed of the desired reaction is improved. It becomes possible.

特定のラジカル種の各種材料に対する再結合係数は、測定により求めることができる。例えば、非特許文献1には、失活によるラジカル濃度の減少速度から、各種材料による水素ラジカルの再結合係数を求める測定装置が開示されている。当該測定装置は、原料ガスのラジカルを発生させるラジカル生成室と、ラジカル生成室に連通する測定管を有する。測定管内にはサンプル材料からなるサンプル管が配置され、サンプル管の軸方向に沿って可動する熱電対が設けられている。ラジカル生成室において生成した原料ガスのラジカルは、真空排気手段によって測定管に流入し、サンプルの表面で失活することによりその濃度が次第に減少する。熱電対によって測定される温度(ラジカルの結合熱)からラジカルの濃度勾配を求め、濃度勾配から当該ラジカルのサンプル材料に対する再結合係数を算出する。   The recombination coefficient for various materials of a specific radical species can be determined by measurement. For example, Non-Patent Document 1 discloses a measuring device that obtains the recombination coefficient of hydrogen radicals of various materials from the rate of radical concentration reduction due to deactivation. The measurement apparatus includes a radical generation chamber that generates radicals of the source gas and a measurement tube that communicates with the radical generation chamber. A sample tube made of a sample material is disposed in the measurement tube, and a thermocouple movable along the axial direction of the sample tube is provided. The radicals of the source gas produced in the radical production chamber flow into the measuring tube by the vacuum exhaust means and are deactivated on the surface of the sample, so that the concentration thereof gradually decreases. A radical concentration gradient is obtained from the temperature measured by the thermocouple (radical bond heat), and the recombination coefficient of the radical with respect to the sample material is calculated from the concentration gradient.

R.K.Grubbs、S.M.George著 「Attenuation of hydrogen radicals traveling under flowing gas conditions through tubes of different materials」 The Journal of Vacuum Science and Technology A Vol.24 No.3 P486 American Vacuum SocietyR.K.Grubbs, S.M.George "Attenuation of hydrogen radicals traveling under flowing gas conditions through tubes of different materials" The Journal of Vacuum Science and Technology A Vol. 24 No. 3 P486 American Vacuum Society

しかしながら、特許文献1に記載の測定装置では、円管形状に形成されたサンプル管が用いられている。これは、サンプル表面から熱電対までのラジカルの輸送速度を均一にして、再結合係数の算出式を単純にするためである。しかしながら、多くは平板状で供給されるサンプル材料を円管形状に加工することは困難であり、高コストとなる。また、基体上に表面処理等によりサンプル材料を付着させる場合にも、円管形状では表面処理が困難である。これに対し、平板状のサンプル材料を組み合わせることによりサンプル管を作成することができれば、容易にサンプル管を準備することが可能である。   However, in the measuring device described in Patent Document 1, a sample tube formed in a circular tube shape is used. This is because the transport rate of radicals from the sample surface to the thermocouple is made uniform, and the recombination coefficient calculation formula is simplified. However, in many cases, it is difficult to process a sample material supplied in a flat plate shape into a circular tube shape, resulting in high cost. Even when the sample material is adhered to the substrate by surface treatment or the like, the surface treatment is difficult in the circular tube shape. On the other hand, if a sample tube can be created by combining flat sample materials, the sample tube can be easily prepared.

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、平板状のサンプル材料の組み合わせにより形成されるサンプル管を有するラジカル測定装置及びラジカル測定管を提供することにある。   In view of the circumstances as described above, an object of the present invention is to provide a radical measuring device and a radical measuring tube having a sample tube formed by a combination of flat sample materials.

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係るラジカル測定装置は、ラジカル生成室と、測定管と、支持体と、真空排気部とを具備する。
上記ラジカル生成室は、原料ガスのプラズマを発生させることで上記原料ガスのラジカルを生成させるラジカル生成手段を有する。
上記測定管は、上記ラジカル生成室に連通する。
上記支持体は上記測定管内に配置され、複数の、平板状のサンプル材料からなるサンプル板により管状のサンプル管が形成されるように、それぞれの上記サンプル板を支持する。
上記真空排気部は、上記測定管を真空排気する。
上記温度センサは、上記サンプル管に挿通され、上記サンプル管の軸方向に沿って移動可能である。
In order to achieve the above object, a radical measurement apparatus according to an embodiment of the present invention includes a radical generation chamber, a measurement tube, a support, and a vacuum exhaust unit.
The radical generation chamber has radical generation means for generating radicals of the source gas by generating plasma of the source gas.
The measurement tube communicates with the radical generation chamber.
The said support body is arrange | positioned in the said measurement tube, and supports each said sample plate so that a tubular sample tube may be formed with the sample plate which consists of a several flat plate-shaped sample material.
The evacuation unit evacuates the measurement tube.
The temperature sensor is inserted into the sample tube and is movable along the axial direction of the sample tube.

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係るラジカル測定管は、測定管と、支持体とを具備する。
上記測定管は、ラジカルの流路を形成する。
上記支持体は、上記測定管内に配置され、複数の、平板状のサンプル材料からなるサンプル板により管状のサンプル管が形成されるように、それぞれの上記サンプル板を支持する。
In order to achieve the above object, a radical measurement tube according to an embodiment of the present invention includes a measurement tube and a support.
The measuring tube forms a radical flow path.
The said support body is arrange | positioned in the said measurement tube, and supports each said sample plate so that a tubular sample tube may be formed with the sample plate which consists of a several flat sample material.

本発明の実施形態に係るラジカル測定装置を示す模式図である。It is a mimetic diagram showing a radical measuring device concerning an embodiment of the present invention. 同ラジカル測定装置の、支持部材が設置されていない状態の測定管を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the measuring tube of the state in which the supporting member of the same radical measuring apparatus is not installed. 同ラジカル測定装置の支持部材を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the supporting member of the radical measuring apparatus. 同ラジカル測定装置の、組み合わされた支持部材を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the combined support member of the same radical measuring apparatus. 同ラジカル測定装置の支持部材が挿入された測定管を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the measuring tube in which the supporting member of the radical measuring device was inserted. 同ラジカル測定装置の支持部材が挿入された測定管を示す平面図である。It is a top view which shows the measuring tube in which the supporting member of the radical measuring device was inserted. 同ラジカル測定装置に配置されるサンプル板を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the sample plate arrange | positioned at the same radical measuring apparatus. 同ラジカル測定装置のサンプル板が設置された測定管を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the measuring tube in which the sample plate of the radical measuring apparatus was installed. 同ラジカル測定装置のサンプル板が設置された測定管を示す平面図である。It is a top view which shows the measuring tube in which the sample plate of the radical measuring apparatus was installed. 同ラジカル測定装置の遮蔽蓋が設置された測定管を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the measuring tube in which the shielding cover of the radical measuring device was installed. 同ラジカル測定装置の遮蔽蓋が設置された測定管を示す平面図である。It is a top view which shows the measuring tube in which the shielding cover of the radical measuring apparatus was installed. 実施例及び比較例に係るラジカル測定装置の温度測定の結果を示す表である。It is a table | surface which shows the result of the temperature measurement of the radical measuring apparatus which concerns on an Example and a comparative example.

本発明の一実施形態に係るラジカル測定装置は、ラジカル生成室と、測定管と、支持体と、真空排気部とを具備する。
上記ラジカル生成室は、原料ガスのプラズマを発生させることで上記原料ガスのラジカルを生成させるラジカル生成手段を有する。
上記測定管は、上記ラジカル生成室に連通する。
上記支持体は上記測定管内に配置され、複数の、平板状のサンプル材料からなるサンプル板により管状のサンプル管が形成されるように、それぞれの上記サンプル板を支持する。
上記真空排気部は、上記測定管を真空排気する。
上記温度センサは、上記サンプル管に挿通され、上記サンプル管の軸方向に沿って移動可能である。
A radical measurement device according to an embodiment of the present invention includes a radical generation chamber, a measurement tube, a support, and a vacuum exhaust unit.
The radical generation chamber has radical generation means for generating radicals of the source gas by generating plasma of the source gas.
The measurement tube communicates with the radical generation chamber.
The said support body is arrange | positioned in the said measurement tube, and supports each said sample plate so that a tubular sample tube may be formed with the sample plate which consists of a several flat plate-shaped sample material.
The evacuation unit evacuates the measurement tube.
The temperature sensor is inserted into the sample tube and is movable along the axial direction of the sample tube.

ラジカル生成室において生成されたラジカルは、真空排気部による圧力差によりラジカル生成室から測定管に向かって流れる。測定管に流入したラジカルのうち、サンプル管の表面に到達したものはその表面において失活するため、ラジカルの濃度は次第に減少する。温度センサによりラジカルの温度センサ表面への再結合熱を測定することにより、測定管内の複数の位置でラジカル濃度の減少量を算出することができる。このラジカル濃度の減少量から、当該ラジカル種のサンプル材料に対する失活の程度(速度)を示す再結合係数を算出することが可能である。ここで、上記構成によれば、平板状のサンプル板が支持体によって支持されることにより、測定管の内部にサンプル管が形成される。平板状のサンプル板は、曲板状などの形状を有するものに比べて成形が容易であり、また表面処理を施すことも容易である。   The radical generated in the radical generation chamber flows from the radical generation chamber toward the measuring tube due to a pressure difference caused by the vacuum exhaust section. Of the radicals that flow into the measuring tube, those that reach the surface of the sample tube are deactivated on the surface, so that the radical concentration gradually decreases. By measuring the heat of recombination of radicals on the surface of the temperature sensor with the temperature sensor, the amount of decrease in radical concentration can be calculated at a plurality of positions in the measuring tube. From the amount of decrease in the radical concentration, it is possible to calculate a recombination coefficient indicating the degree (rate) of deactivation of the radical species with respect to the sample material. Here, according to the said structure, a sample tube is formed in the inside of a measurement tube, when a flat sample plate is supported by a support body. A flat sample plate is easier to mold than those having a shape such as a curved plate, and surface treatment is also easy.

上記支持体は、上記測定管と複数の上記サンプル板とに面接触するものであってもよい。   The support may be in surface contact with the measurement tube and the plurality of sample plates.

支持体が測定管とサンプル板とに面接触することにより、サンプル板と測定管の間の熱伝導率を向上させることが可能である。当該ラジカル測定装置では、測定管の外壁の温度をサンプル板の温度として扱うため、サンプル板と測定管の温度差が小さい方が正確なラジカル結合熱の測定が可能である。   When the support is in surface contact with the measurement tube and the sample plate, the thermal conductivity between the sample plate and the measurement tube can be improved. In this radical measurement device, the temperature of the outer wall of the measurement tube is handled as the temperature of the sample plate, so that the smaller the temperature difference between the sample plate and the measurement tube, the more accurate measurement of radical binding heat is possible.

上記ラジカル測定装置は、上記測定管内に配置され、上記支持体及び上記サンプル板の端面を上記測定管内に露出しないように被覆する被覆部材をさらに具備してもよい。   The radical measurement device may further include a covering member that is disposed in the measurement tube and covers the support and the end surfaces of the sample plate so as not to be exposed in the measurement tube.

上記のように測定管に流入したラジカルのサンプル表面における失活を測定するため、測定管内には、サンプル表面以外の表面が露出していないことが望ましい。上記構成によれば、被覆部材により支持体及びサンプル板の端面が被覆され、当該面でのラジカルの失活を防止することが可能である。   In order to measure the deactivation of radicals flowing into the measurement tube on the sample surface as described above, it is desirable that no surface other than the sample surface is exposed in the measurement tube. According to the said structure, the support body and the end surface of a sample board are coat | covered with a coating | coated member, and it is possible to prevent the deactivation of the radical in the said surface.

上記支持体は、複数の、上記測定管に面接触する第1の面と上記サンプル板に面接触する第2の面を有する支持部材からなるものであってもよい。   The support may include a plurality of support members having a first surface in surface contact with the measurement tube and a second surface in surface contact with the sample plate.

この構成によれば、1枚のサンプル板を1基の支持部材が支持するため、第1の面は平面状とすることができる。このため、支持部材とサンプル板の間の隙間の発生を防止し、支持部材とサンプル板の間の熱伝導を良好なものとすることができる。   According to this configuration, since one support member supports one sample plate, the first surface can be planar. For this reason, generation | occurrence | production of the clearance gap between a supporting member and a sample board can be prevented, and the heat conduction between a supporting member and a sample board can be made favorable.

上記測定管は、円管であり、上記支持体は、上記サンプル管が矩形管となるように上記サンプル板を支持してもよい。   The measurement tube may be a circular tube, and the support may support the sample plate such that the sample tube is a rectangular tube.

円管は、他の形状の管に比較して耐圧性が高く、同じ耐圧性とするならば少ない材料で作成することが可能である。このため、測定管を円管とし、内部に平板状のサンプル板を組み合わせた矩形管を配置するものである。   A circular tube has a higher pressure resistance than tubes of other shapes, and can be made with less material if the pressure resistance is the same. For this reason, the measuring tube is a circular tube, and a rectangular tube in which a flat sample plate is combined is arranged.

上記目的を達成するため、本発明の一実施形態に係るラジカル測定管は、測定管と、支持体とを具備する。
上記測定管は、ラジカルの流路を形成する。
上記支持体は、上記測定管内に配置され、複数の、平板状のサンプル材料からなるサンプル板により管状のサンプル管が形成されるように、それぞれの上記サンプル板を支持する。
In order to achieve the above object, a radical measurement tube according to an embodiment of the present invention includes a measurement tube and a support.
The measuring tube forms a radical flow path.
The said support body is arrange | positioned in the said measurement tube, and supports each said sample plate so that a tubular sample tube may be formed with the sample plate which consists of a several flat sample material.

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

[ラジカル測定装置の全体構成]
図1は、本発明の一実施形態に係るラジカル測定装置1を示す模式図である。
同図に示すように、ラジカル測定装置1は、ラジカル生成室2、L字管3、測定管4及び排気管5によって構成されている。ラジカル生成室2にL字管3が接続され、L字管3に測定管4が接続され、測定管4に排気管5が接続されている。測定管4には、温度センサ9が挿通されている。
[Overall configuration of radical measuring device]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a radical measuring apparatus 1 according to an embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, the radical measurement device 1 includes a radical generation chamber 2, an L-shaped tube 3, a measurement tube 4, and an exhaust tube 5. An L-shaped tube 3 is connected to the radical generating chamber 2, a measuring tube 4 is connected to the L-shaped tube 3, and an exhaust tube 5 is connected to the measuring tube 4. A temperature sensor 9 is inserted into the measurement tube 4.

ラジカル生成室2は、原料ガスがプラズマ化され、ラジカルが生成される室である。ラジカル生成室2は室内を室外と隔絶し、室内と室外の圧力差を維持可能に構成されている。ラジカル生成室2には、生成されたラジカルが流出するための開口2aが設けられている。ラジカル生成室2にはプラズマ発生器6及びガス導入系7が接続されている。   The radical generation chamber 2 is a chamber in which the source gas is turned into plasma and radicals are generated. The radical generation chamber 2 is configured such that the room is isolated from the outside and the pressure difference between the room and the outside can be maintained. The radical generation chamber 2 is provided with an opening 2a through which the generated radical flows out. A plasma generator 6 and a gas introduction system 7 are connected to the radical generation chamber 2.

プラズマ発生器6は、ガス導入系7によってラジカル生成室2に導入された原料ガスに対して、マイクロ波(例:周波数2.45GHz)等の電磁波を照射し、原料ガスをプラズマ化することが可能に構成されている。また、プラズマ発生器6は、レーザによる励起等によって原料ガスをプラズマ化するものとすることもできる。   The plasma generator 6 irradiates the raw material gas introduced into the radical generation chamber 2 by the gas introduction system 7 with an electromagnetic wave such as a microwave (eg, frequency: 2.45 GHz), thereby converting the raw material gas into plasma. It is configured to be possible. Further, the plasma generator 6 can also convert the source gas into plasma by excitation with a laser or the like.

ガス導入系7はラジカル生成室2の室内に原料ガスを供給する。ガス導入系7は、例えばガスボンベと配管により構成されている。ガス導入系7は、ラジカル生成室2に供給される原料ガスの流量を調節可能なものとされる。   The gas introduction system 7 supplies a raw material gas into the radical generation chamber 2. The gas introduction system 7 is constituted by, for example, a gas cylinder and piping. The gas introduction system 7 can adjust the flow rate of the source gas supplied to the radical generation chamber 2.

L字管3は、L字形状の管路を有する管であり、ラジカル生成室2の開口2aに接続されている。L字管3は、後述するラジカルの失活が発生しない材料、例えば石英からなるものとすることができる。L字管3は、ラジカル生成室2において発生する原料ガスのプラズマから放射される輻射熱が測定管4に到達することを防止するために配置される。L字管3は、ラジカル生成室2に接続されるフランジ3aと、測定管4に接続されるフランジ3bとを有する。   The L-shaped tube 3 is a tube having an L-shaped channel, and is connected to the opening 2 a of the radical generation chamber 2. The L-shaped tube 3 can be made of a material that does not cause radical deactivation described later, for example, quartz. The L-shaped tube 3 is arranged to prevent the radiant heat radiated from the plasma of the raw material gas generated in the radical generation chamber 2 from reaching the measuring tube 4. The L-shaped tube 3 has a flange 3 a connected to the radical generation chamber 2 and a flange 3 b connected to the measurement tube 4.

測定管4は、サンプルが配置される管であり、L字管3に接続されている。測定管4は円管形状に形成されている。測定管4には、サンプル板Sを支持する支持部材16と、サンプル板S及び支持部材16の端面を被覆する遮蔽蓋18が設けられている。これらの構成の詳細は後述する。測定管4は、L字管3に接続されるフランジ4aと、排気管5に接続されるフランジ4bを有する。   The measurement tube 4 is a tube in which a sample is arranged, and is connected to the L-shaped tube 3. The measuring tube 4 is formed in a circular tube shape. The measurement tube 4 is provided with a support member 16 that supports the sample plate S and a shielding lid 18 that covers the end surfaces of the sample plate S and the support member 16. Details of these configurations will be described later. The measurement pipe 4 has a flange 4 a connected to the L-shaped pipe 3 and a flange 4 b connected to the exhaust pipe 5.

排気管5は、測定管4内にラジカルを流通させるための管であり、測定管4に接続されている。排気管5には、排気口5aが設けられ、排気口5aには排気系10が接続されている。後述するが、排気口5aが測定管4に近接していると、排気口5aに吸引される気体の流れにより、測定管4内の気体の流れが層流ではなくなり、結合熱の算出に影響が生じるおそれがある。このため、排気管5によって排気口5aと測定管4とが離間されている。排気管5の測定管4と反対側の開口は蓋12によって閉塞されている。排気管5は、測定管4に接続されるフランジ5bと、蓋12が接続されるフランジ5cを有する。   The exhaust pipe 5 is a pipe for allowing radicals to flow through the measurement pipe 4, and is connected to the measurement pipe 4. The exhaust pipe 5 is provided with an exhaust port 5a, and an exhaust system 10 is connected to the exhaust port 5a. As will be described later, when the exhaust port 5a is close to the measurement tube 4, the gas flow in the measurement tube 4 is not a laminar flow due to the gas flow sucked into the exhaust port 5a, which affects the calculation of the combined heat. May occur. For this reason, the exhaust port 5 a and the measurement tube 4 are separated from each other by the exhaust tube 5. The opening of the exhaust pipe 5 opposite to the measurement pipe 4 is closed by a lid 12. The exhaust pipe 5 has a flange 5b connected to the measurement pipe 4 and a flange 5c to which the lid 12 is connected.

排気系10は、ラジカル生成室2、L字管3、測定管4及び排気管5によって形成されてる空間の気体を排気管5に形成された排気口5aから排気する。排気系10は、例えば真空ポンプと配管によって構成される。排気系10は、排気速度を調節可能なものとされる。   The exhaust system 10 exhausts the gas in the space formed by the radical generation chamber 2, the L-shaped tube 3, the measurement tube 4 and the exhaust tube 5 from an exhaust port 5 a formed in the exhaust tube 5. The exhaust system 10 is constituted by, for example, a vacuum pump and piping. The exhaust system 10 can adjust the exhaust speed.

温度センサ9は、測定管4に流入したラジカルを検出する。温度センサ、ラジカルが付着して再結合する触媒表面を有するものとされる。温度センサ9は、例えばR熱電対(+極:Pt-Rh(13%)合金、−極:Pt)とすることができる。温度センサ9は測定管4の軸方向に伸びる支持棒14に支持され、測定管4の中心軸上に配置される。   The temperature sensor 9 detects radicals that have flowed into the measuring tube 4. The temperature sensor has a catalyst surface to which radicals adhere and recombine. The temperature sensor 9 may be, for example, an R thermocouple (+ electrode: Pt—Rh (13%) alloy, −electrode: Pt). The temperature sensor 9 is supported by a support rod 14 extending in the axial direction of the measurement tube 4 and is disposed on the central axis of the measurement tube 4.

支持棒14は、測定管4から排気管5を挿通して蓋12を貫通し、排気管5の外部に伸びる。支持棒14は、蓋12に設けられた駆動機構15に連結されている。駆動機構15は、モータ、ギア等を内蔵し、支持棒14を測定管4の軸方向に駆動する。駆動機構15は、支持棒14に取り付けられている温度センサ9が測定管4の内部において移動可能となるように構成される。即ち、駆動機構15によって支持棒14が駆動され、支持棒14に取り付けられている温度センサ9が測定管4の軸方向において任意の位置をとることが可能とされる。なお、支持棒14及び駆動機構15は、ここに示す構成に限られず、温度センサ9を支持し、駆動することが可能な他の構成とすることも可能である。   The support bar 14 is inserted through the exhaust pipe 5 from the measurement pipe 4, penetrates the lid 12, and extends to the outside of the exhaust pipe 5. The support bar 14 is connected to a drive mechanism 15 provided on the lid 12. The drive mechanism 15 includes a motor, gears, and the like, and drives the support rod 14 in the axial direction of the measurement tube 4. The drive mechanism 15 is configured such that the temperature sensor 9 attached to the support rod 14 can move inside the measurement tube 4. That is, the support bar 14 is driven by the drive mechanism 15, and the temperature sensor 9 attached to the support bar 14 can take an arbitrary position in the axial direction of the measurement tube 4. Note that the support rod 14 and the drive mechanism 15 are not limited to the configuration shown here, and other configurations capable of supporting and driving the temperature sensor 9 may be employed.

ラジカル測定装置1は以上のように構成されている。ラジカル生成室2、L字管3、測定管4及び排気管5によって、連通した空間(以下、測定空間)が形成される。測定空間は、ガス導入系7及び排気系10によって圧力が調節可能に構成されている。   The radical measuring device 1 is configured as described above. The radical generation chamber 2, the L-shaped tube 3, the measurement tube 4 and the exhaust tube 5 form a communication space (hereinafter referred to as measurement space). The measurement space is configured such that the pressure can be adjusted by the gas introduction system 7 and the exhaust system 10.

[測定管の構成]
以下、測定管4の詳細な構成について説明する。
図2は支持部材16が設置されていない状態の測定管4を示す斜視図である。同図に示すように、測定管4は、円形の管路を有する円管である。測定管4には、遮蔽蓋18が装着されるための凹部4cが形成されている。凹部4cはフランジ4aの当接面から一段繰り下げられている。
[Configuration of measuring tube]
Hereinafter, a detailed configuration of the measurement tube 4 will be described.
FIG. 2 is a perspective view showing the measurement tube 4 in a state where the support member 16 is not installed. As shown in the figure, the measuring tube 4 is a circular tube having a circular conduit. The measurement tube 4 is formed with a recess 4c for mounting the shielding lid 18 thereon. The recess 4c is lowered by one step from the contact surface of the flange 4a.

図3は、支持部材16を示す斜視図である。図3(a)は支持部材16を一方向からみた図であり、図3(b)は支持部材16を反対方向からみた図である。
同図に示すように、支持部材16は、欠円(直線と円弧からなる円の一部)を上面及び下面とする柱状の形状を有し、側面に当たる第1の面16aと第2の面16bを有する。第1の面16aは平面状であり、サンプルSが配置される面である。第2の面16bは曲面であり、測定管4に当接する面である。支持部材16の長さ(測定管4の軸方向)は測定管4の長さと同一とすることができる。支持部材16は、熱伝導性の高い材料、例えばアルミニウムからなるものとすることができる。
FIG. 3 is a perspective view showing the support member 16. FIG. 3A is a view of the support member 16 viewed from one direction, and FIG. 3B is a view of the support member 16 viewed from the opposite direction.
As shown in the figure, the support member 16 has a columnar shape with upper and lower surfaces of a missing circle (a part of a circle consisting of a straight line and an arc), and the first surface 16a and the second surface that contact the side surfaces. 16b. The first surface 16a is planar and is a surface on which the sample S is arranged. The second surface 16 b is a curved surface and is a surface that comes into contact with the measurement tube 4. The length of the support member 16 (the axial direction of the measurement tube 4) can be the same as the length of the measurement tube 4. The support member 16 can be made of a material having high thermal conductivity, for example, aluminum.

支持部材16は、4基が組み合わされた状態で測定管4に挿入される。図4は、支持部材16を組み合わせた状態を示す斜視図である。同図に示すように、支持部材16は、それぞれの第1の面16aが直交するように組み合わされる。これにより、内周が4面の第1の面16aからなる面であり、外周が4面の第2の面16bからなる面である筒状形状が形成される。   The support member 16 is inserted into the measurement tube 4 in a state where the four members are combined. FIG. 4 is a perspective view showing a state in which the support member 16 is combined. As shown in the figure, the support members 16 are combined such that the first surfaces 16a are orthogonal to each other. As a result, a cylindrical shape is formed in which the inner periphery is a surface composed of four first surfaces 16a and the outer periphery is a surface composed of four second surfaces 16b.

図5は、支持部材16が挿入された測定管4を示す斜視図である。図6は、支持部材16が挿入された測定管4を示す平面図である。これらの図に示すように、4基の支持部材16は、それぞれの第2の面6bが測定管4の内周面に面接触する。この状態の測定管4に4枚のサンプル板Sが載置される。   FIG. 5 is a perspective view showing the measurement tube 4 in which the support member 16 is inserted. FIG. 6 is a plan view showing the measurement tube 4 with the support member 16 inserted therein. As shown in these drawings, each of the four support members 16 has the second surface 6 b in surface contact with the inner peripheral surface of the measurement tube 4. Four sample plates S are placed on the measurement tube 4 in this state.

図7サンプル板Sを示す斜視図である。図7(a)は1枚のサンプル板Sを示し、図7(b)は、測定管4に載置される状態の4枚のサンプル板Sを示す。サンプル板Sは、測定対象の材料からなり、略同一の大きさを有する平板状である。サンプル板Sは、支持部材16の第1の面16aと同等の大きさに形成されている。サンプル板Sは、1枚ずつがそれぞれ1基の支持部材16に載置され、図7(b)に示すように角管状に配置される。   7 is a perspective view showing a sample plate S. FIG. 7A shows one sample plate S, and FIG. 7B shows four sample plates S placed on the measuring tube 4. The sample plate S is made of a material to be measured and has a flat plate shape having substantially the same size. The sample plate S is formed in the same size as the first surface 16 a of the support member 16. Each sample plate S is placed on one support member 16 and arranged in a square tube shape as shown in FIG.

図8は、サンプル板Sが設置された測定管4を示す斜視図である。図9はサンプル板Sが設置された測定管4を示す平面図である。同図に示すように、測定管4の管内に、サンプル板Sからなる管(以下、サンプル管とする)が形成される。サンプル板Sは、それぞれ支持部材16の第1の面16aに面接触する。   FIG. 8 is a perspective view showing the measuring tube 4 on which the sample plate S is installed. FIG. 9 is a plan view showing the measuring tube 4 on which the sample plate S is installed. As shown in the figure, a tube made of a sample plate S (hereinafter referred to as a sample tube) is formed in the tube of the measurement tube 4. The sample plates S are in surface contact with the first surface 16a of the support member 16, respectively.

さらに、測定管4には、遮蔽蓋18が装着される。図10は、遮蔽蓋18が装着される測定管4を示す斜視図である。図11は、遮蔽蓋18が装着された測定管4を示す平面図である。なお、図10では、遮蔽蓋18は測定管4から離間して示されている。これらの図に示すように、遮蔽蓋18は、矩形状の開口を有する円板状である。遮蔽蓋18は、ラジカルが失活しない材料、例えば石英からなり、ラジカルが支持部材16の端面及びサンプル板Sの端面において失活することを防止する。開口の大きさは、支持部材16の端面と、サンプル板Sの端面が被覆され、かつ最大の開口面積となる大きさである。   Further, a shielding lid 18 is attached to the measurement tube 4. FIG. 10 is a perspective view showing the measurement tube 4 to which the shielding lid 18 is attached. FIG. 11 is a plan view showing the measurement tube 4 to which the shielding lid 18 is attached. In FIG. 10, the shielding lid 18 is shown separated from the measurement tube 4. As shown in these drawings, the shielding lid 18 has a disk shape having a rectangular opening. The shielding lid 18 is made of a material that does not deactivate radicals, such as quartz, and prevents the radicals from being deactivated on the end surface of the support member 16 and the end surface of the sample plate S. The size of the opening is such that the end surface of the support member 16 and the end surface of the sample plate S are covered and the maximum opening area is obtained.

測定管4は以上のような構成を有する。4基の支持部材16により、4枚のサンプル板Sが管状に支持される。これにより、平板状のサンプル板Sを用いてサンプル管とすることができる。平板状のサンプル板Sは、曲面状のもの等に比べて製造が容易であり、サンプル管のコストを低減することが可能である。また、熱伝導性の高い支持部材16により、サンプル管の温度と測定管4の外面の温度を同等とすることが可能となる。さらに、サンプル板Sと支持部材16の熱容量が大きくなるため、測定中のサンプル板Sの温度変化を小さくすることができ、ラジカルの結合熱を正確に測定することが可能となる。   The measuring tube 4 has the above configuration. Four sample plates S are tubularly supported by the four support members 16. Thereby, it can be set as a sample tube using the flat sample board S. FIG. The flat sample plate S is easier to manufacture than a curved one, and the cost of the sample tube can be reduced. Further, the support member 16 having high thermal conductivity makes it possible to equalize the temperature of the sample tube and the temperature of the outer surface of the measurement tube 4. Furthermore, since the heat capacities of the sample plate S and the support member 16 are increased, the temperature change of the sample plate S during measurement can be reduced, and the heat of radical binding can be accurately measured.

[ラジカル測定装置によるラジカル測定方法]
以上のように構成されたラジカル測定装置1による測定方法を説明する。
[Radical measurement method using radical measurement device]
A measurement method using the radical measurement apparatus 1 configured as described above will be described.

最初に、排気系10により測定空間が排気され、測定空間が清浄になるまで十分に減圧される。次にガス導入系7からラジカル生成室2に原料ガスが供給される。排気系10の排気速度と、ガス導入系7からの原料ガスの供給速度が調節され、測定空間が所定の圧力に維持される。この状態において、測定空間では、ラジカル生成室2からL字管3、測定管4、排気管5を経由して排気口5aに至る、一定流量の原料ガスのガスフローが形成される。ここで、測定管4を流通するガスフローは層流とされる。   First, the measurement space is exhausted by the exhaust system 10, and the pressure is sufficiently reduced until the measurement space is cleaned. Next, the raw material gas is supplied from the gas introduction system 7 to the radical generation chamber 2. The exhaust speed of the exhaust system 10 and the supply speed of the raw material gas from the gas introduction system 7 are adjusted, and the measurement space is maintained at a predetermined pressure. In this state, in the measurement space, a gas flow of a raw material gas having a constant flow rate is formed from the radical generation chamber 2 to the exhaust port 5a via the L-shaped tube 3, the measurement tube 4, and the exhaust tube 5. Here, the gas flow flowing through the measuring tube 4 is a laminar flow.

次に、プラズマ発生器6により原料ガスがプラズマ化される。プラズマ中の電子が原料ガスの分子に衝突することにより分子の結合が開裂し、ラジカルが生成する。ラジカルは不安定であるため再結合して分子に戻るが、プラズマ中では電子衝撃が継続するため、ラジカルの生成と再結合が平衡し、所定の濃度のラジカルがプラズマ中に存在する。生成したラジカルは、ガスフローによってラジカル生成室2の開口2aから流出し、L字管3を通過して測定管4に流入する。   Next, the source gas is turned into plasma by the plasma generator 6. When electrons in the plasma collide with the molecules of the source gas, the molecular bonds are broken and radicals are generated. Since radicals are unstable and recombine and return to molecules, electron bombardment continues in plasma, so radical generation and recombination are balanced, and a predetermined concentration of radicals are present in the plasma. The generated radical flows out from the opening 2a of the radical generation chamber 2 by the gas flow, passes through the L-shaped tube 3 and flows into the measuring tube 4.

測定管4を流通するラジカルのうち、サンプル板Sの表面に到達したものは、サンプル板Sの表面において所定の速度(割合)で失活する。この失活の速度は、ラジカル種とサンプル板Sの表面の材質によって決定される。これにより、測定管4内のラジカル濃度は、上流から下流に向かって次第に減少する。   Among the radicals flowing through the measuring tube 4, those that have reached the surface of the sample plate S are deactivated at a predetermined speed (ratio) on the surface of the sample plate S. The deactivation rate is determined by the radical species and the material of the surface of the sample plate S. Thereby, the radical concentration in the measuring tube 4 gradually decreases from upstream to downstream.

測定管4を流通するラジカルの一部は、温度センサ9の表面に付着して再結合し、結合熱を生じる。結合熱は、ラジカルが結合して分子を生成する際に放出する結合解離エネルギーと温度センサ9に輸送されるラジカルの数の積として考えられる。これにより、結合熱から温度センサ9に輸送されるラジカルの数を求めることができる。測定管4を流れるガスフローが層流であれば、結合熱からラジカルの濃度を算出することが可能である。   A part of radicals flowing through the measuring tube 4 adheres to the surface of the temperature sensor 9 and recombines to generate bonding heat. The heat of binding is considered as the product of the bond dissociation energy released when the radicals are combined to form molecules and the number of radicals transported to the temperature sensor 9. Thereby, the number of radicals transported to the temperature sensor 9 from the combined heat can be obtained. If the gas flow flowing through the measuring tube 4 is a laminar flow, it is possible to calculate the concentration of radicals from the combined heat.

温度センサ9は特定の位置においてその出力が測定された後、測定管4の軸方向に移動する。温度センサ9の移動は駆動機構15によって支持棒14が駆動されることによってなされる。温度センサ9は移動した新たな位置において出力が測定され、さらに移動及び出力の測定が繰り返される。このようにすることによって、温度センサ9は測定管4内の複数の位置においてその出力を測定される。   The temperature sensor 9 moves in the axial direction of the measuring tube 4 after its output is measured at a specific position. The temperature sensor 9 is moved when the support bar 14 is driven by the drive mechanism 15. The output of the temperature sensor 9 is measured at the moved new position, and the movement and output measurement are repeated. By doing so, the output of the temperature sensor 9 is measured at a plurality of positions in the measuring tube 4.

測定管4を通過したラジカルは、排気管5に流入し、排気系10によって排気口5aから排出される。排気口5aと測定管4は十分離間されているため、測定管4内のガスフローは層流として維持される。   The radicals that have passed through the measurement pipe 4 flow into the exhaust pipe 5 and are exhausted from the exhaust port 5a by the exhaust system 10. Since the exhaust port 5a and the measurement tube 4 are sufficiently separated from each other, the gas flow in the measurement tube 4 is maintained as a laminar flow.

[再結合係数の算出方法]
以上のようにして測定された温度センサ9の出力から、当該ラジカル種のサンプル板Sの表面における再結合係数を算出する。以下、再結合係数の算出方法について説明する。
[Calculation method of recombination coefficient]
From the output of the temperature sensor 9 measured as described above, the recombination coefficient of the surface of the sample plate S of the radical species is calculated. Hereinafter, a method for calculating the recombination coefficient will be described.

温度センサ9の出力、即ち温度センサ9の熱収支は、以下の式(1)で表すことが出来る。
Q1+Q3+Q4=Q2+Q5 (1)
ここで、Q1は温度センサ9からの電磁波の放射により失われる熱、Q2はプラズマからの輻射によって温度センサ9に加えられる熱、Q3は温度センサ9の周囲に存在する気体の層流によって温度センサ9から失われる熱、Q4は温度センサ9の熱電対ワイヤから支持棒14への熱伝導によって失われる熱、Q5は温度センサ9の表面において生じるラジカルの結合熱によって温度センサ9に加わる熱である。温度センサ9の出力が一定となるまで、その位置を維持することにより温度センサ9への熱の流入(式(1)の左辺)と温度センサ9からの熱の流出(式(1)の右辺)が一致し、式(1)が成り立つ。
The output of the temperature sensor 9, that is, the heat balance of the temperature sensor 9, can be expressed by the following equation (1).
Q1 + Q3 + Q4 = Q2 + Q5 (1)
Here, Q1 is heat lost due to radiation of electromagnetic waves from the temperature sensor 9, Q2 is heat applied to the temperature sensor 9 by radiation from plasma, and Q3 is a temperature sensor due to laminar flow of gas existing around the temperature sensor 9. Q4 is heat lost by heat conduction from the thermocouple wire of the temperature sensor 9 to the support rod 14, and Q5 is heat applied to the temperature sensor 9 by radical bonding heat generated on the surface of the temperature sensor 9. . By maintaining the position until the output of the temperature sensor 9 becomes constant, heat flows into the temperature sensor 9 (left side of the equation (1)) and heat flows out of the temperature sensor 9 (right side of the equation (1)) ) Agree with each other, and the formula (1) is established.

Q1はステファンボルツマン(Stefan-Boltzmann)の法則(黒体の表面から単位面積、単位時間当たりに放出される電磁波のエネルギーはその黒体の熱力学温度の4乗に比例)から以下の式(2)によって求めることができる。
Q1=σAε(Tw−Tf) (2)
σはステファンボルツマン係数(5.67×10−8[W・m−2・K−4])、Aは温度センサ9の表面積、εは温度センサ9の輻射率、Twは各測定位置の温度(温度センサ9の出力)、Tfはガス温度(測定管4の外壁温度と仮定)である。
Q1 is Stefan-Boltzmann's law (unit area from the surface of a black body, the energy of the electromagnetic wave emitted per unit time is proportional to the fourth power of the thermodynamic temperature of the black body) ).
Q1 = σAε (Tw 4 −Tf 4 ) (2)
σ is a Stefan-Boltzmann coefficient (5.67 × 10 −8 [W · m −2 · K −4 ]), A is the surface area of the temperature sensor 9, ε is the emissivity of the temperature sensor 9, and Tw is the temperature at each measurement position. (Output of the temperature sensor 9), Tf is the gas temperature (assuming the outer wall temperature of the measuring tube 4).

Q3は以下の式(3)によって求めることができる。
Q3=hA(Tw−Tf) (3)
hはガス流れ中の温度センサ9の熱伝達率である。
Q3 can be obtained by the following equation (3).
Q3 = hA (Tw−Tf) (3)
h is the heat transfer coefficient of the temperature sensor 9 in the gas flow.

Q4は温度センサ9の熱電対ワイヤの断面積が十分小さいため無視することができる。
Q2は、プラズマからの輻射がL字管3によって遮蔽されるため無視することができる。
Q4 can be ignored because the cross-sectional area of the thermocouple wire of the temperature sensor 9 is sufficiently small.
Q2 can be ignored because radiation from the plasma is shielded by the L-shaped tube 3.

以上により、温度センサ9の出力TwからQ1及びQ3を算出することでラジカルの結合熱であるQ5が得られる。温度センサ9の位置に対するQ5の傾きが減衰係数α[W/m]である。この減衰係数αから、以下の[数1]に示す行列式を用いて再結合係数γを算出する。   As described above, Q5 which is the heat of radical binding is obtained by calculating Q1 and Q3 from the output Tw of the temperature sensor 9. The inclination of Q5 with respect to the position of the temperature sensor 9 is the attenuation coefficient α [W / m]. From this attenuation coefficient α, the recombination coefficient γ is calculated using the determinant shown in the following [Equation 1].

Figure 0005618766
Figure 0005618766

[数1]に示す式において、Dはラジカルの拡散係数(m/s)、Vは測定管8を流れる気体の平均流速(m/s)、Lはサンプル管の一辺の長さ(m)、vはラジカルの熱速度(m/t)である。 In the equation shown in [Formula 1], D is a radical diffusion coefficient (m 2 / s), V f is an average flow velocity (m / s) of the gas flowing through the measuring tube 8, and L is a length of one side of the sample tube ( m), v t is the heat rate (m / t) of the radical.

[数1]の式の導出について説明する。   Derivation of the equation [Formula 1] will be described.

角管の移流拡散方程式は以下の[数2]のように記述することができる。   The advection-diffusion equation of a square tube can be described as [Equation 2] below.

Figure 0005618766
Figure 0005618766

以下の[数3]に示すように関数形を仮定して[数2]に示す移流拡散方程式に代入すると、以下の[数4]に示す式が得られる。   Assuming a functional form as shown in [Equation 3] below and substituting it into the advection diffusion equation shown in [Equation 2], the following equation shown in [Equation 4] is obtained.

Figure 0005618766
Figure 0005618766

Figure 0005618766
Figure 0005618766

また、[数3]に示した関数形を、[数5]に示す境界条件に代入すると、[数6]に示す式が得られる。   Further, when the function form shown in [Equation 3] is substituted into the boundary condition shown in [Equation 5], the equation shown in [Equation 6] is obtained.

Figure 0005618766
Figure 0005618766

Figure 0005618766
Figure 0005618766

[数4]に示す式と[数6]に示す式から、[数7]に示す連立一次方程式が得られる。   The simultaneous linear equations shown in [Expression 7] are obtained from the expression shown in [Expression 4] and the expression shown in [Expression 6].

Figure 0005618766
Figure 0005618766

[数7]に示す式において、非ゼロの解が存在するためには、以下の[数8]に示す行列式が0となるγを求めればよい。[数8]に示す行列式において、各係数を求めると、[数9]に示した行列式となる。   In the equation shown in [Equation 7], in order to have a non-zero solution, γ for which the determinant shown in [Equation 8] below becomes 0 may be obtained. In the determinant shown in [Equation 8], when each coefficient is obtained, the determinant shown in [Equation 9] is obtained.

Figure 0005618766
Figure 0005618766

Figure 0005618766
Figure 0005618766

以上のようにして算出した[数9]の式を用いて、減衰係数αから再結合係数γを求めることができる。本実施形態では、上述のように、サンプル板Sと測定管4の熱伝導が良好であるため、ラジカルの結合熱Q5を正確に算出することができ、したがって、再結合係数γを正確に求めることが可能である。   The recombination coefficient γ can be obtained from the attenuation coefficient α using the equation [Equation 9] calculated as described above. In the present embodiment, as described above, since the heat conduction between the sample plate S and the measurement tube 4 is good, the radical binding heat Q5 can be accurately calculated, and therefore the recombination coefficient γ is accurately obtained. It is possible.

本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において変更され得る。   The present invention is not limited only to the above-described embodiment, and can be changed within a range not departing from the gist of the present invention.

上記実施形態において、測定管4は円管であるものとしたがこれには限られず、楕円形断面を有する管等とすることも可能である。この場合、支持部材16も測定管4の形状に応じた形状に形成される。   In the above embodiment, the measurement tube 4 is a circular tube, but is not limited thereto, and may be a tube having an elliptical cross section. In this case, the support member 16 is also formed in a shape corresponding to the shape of the measurement tube 4.

上記実施形態において、サンプル管は4枚のサンプル板Sの組み合わせによって形成される角管であるものとしたがこれには限られない。例えば5枚のサンプル板Sの組み合わせてによって形成される、5角形の断面形状を有する管とすることも可能である。   In the above embodiment, the sample tube is a square tube formed by a combination of four sample plates S, but is not limited thereto. For example, a tube having a pentagonal cross-sectional shape formed by combining five sample plates S may be used.

本発明の実施例及び比較例について説明する。実施例及び比較例では測定管を除いて上記実施形態に示したラジカル測定装置を用い、測定管を下記の各種構成とした。   Examples of the present invention and comparative examples will be described. In Examples and Comparative Examples, the radical measuring apparatus shown in the above embodiment was used except for the measuring tube, and the measuring tube had the following various configurations.

(実施例1)
円管(φ84mm×350mm)を測定管とした。その中に上記実施形態に示した支持部材を配置した。サンプル板として、A5052(アルミニウム:JIS規格)圧延板4枚(59.4mm×345mm×2tmm:2枚、55.4mm×345mm×2tmm:2枚)を用いた。4枚のサンプル板を支持部材上に角管状に配置した。測定管には、石英からなる遮蔽蓋を配置した。
Example 1
A circular tube (φ84 mm × 350 mm) was used as a measuring tube. The support member shown in the above embodiment was disposed therein. As sample plates, four A5052 (aluminum: JIS standard) rolled plates (59.4 mm × 345 mm × 2 tmm: two, 55.4 mm × 345 mm × 2 tmm: two) were used. Four sample plates were arranged in a square tube shape on the support member. The measurement tube was provided with a shielding lid made of quartz.

(比較例1)
サンプル材料であるA5052からなるφ84mm×350mmの円管を測定管とした。即ち、測定管自体をサンプル管として用いた。
(Comparative Example 1)
A φ84 mm × 350 mm circular tube made of sample material A5052 was used as a measurement tube. That is, the measuring tube itself was used as a sample tube.

(比較例2)
角管(外径60mm×350mm、厚さ3mm)を測定管とした。その中に、A5052からなる板であり、サンプル板としてL字状に折り曲げられたL字板(L54mm×345mm×2tmm)2枚を管状に組み合わせて配置した。測定管には、石英からなる遮蔽蓋を配置した。
(Comparative Example 2)
A square tube (outer diameter 60 mm × 350 mm, thickness 3 mm) was used as a measuring tube. Among them, two L-shaped plates (L54 mm × 345 mm × 2 tmm) which are plates made of A5052 and bent into an L shape as sample plates were combined and arranged in a tubular shape. The measurement tube was provided with a shielding lid made of quartz.

(比較例3)
角管(外径60mm×350mm、厚さ3mm)を測定管とした。その中に、A5052からなる板であり、サンプル板として、A5052圧延板4枚(54mm×345mm×2tmm:2枚、50mm×345mm×2tmm:2枚)を用いた。4枚のサンプル板を支持部材上に角管状に配置した。測定管には、石英からなる遮蔽蓋を配置した。
(Comparative Example 3)
A square tube (outer diameter 60 mm × 350 mm, thickness 3 mm) was used as a measuring tube. Among them, it is a plate made of A5052, and 4 A5052 rolled plates (54 mm × 345 mm × 2 tmm: 2 sheets, 50 mm × 345 mm × 2 tmm: 2 sheets) were used as sample plates. Four sample plates were arranged in a square tube shape on the support member. The measurement tube was provided with a shielding lid made of quartz.

サンプル管作成の容易性について評価した。実施例1のサンプル管は、平板上のサンプル板を4枚組み合わせることにより、角管状のサンプル管を作成することが可能である。これに対し、比較例1のサンプル管は、サンプル材料を管状に加工する必要がある。サンプル材料が溶接ができる材料であるならば、平板状のサンプル材料を管状に折り曲げて溶接したのち、さらにフランジを溶接する必要がある。溶接できない材料であるならば、削り出しにより作成する必要がある。このため、実施例1の場合に比べて高コストとなる。   The ease of sample tube preparation was evaluated. The sample tube of Example 1 can be formed into a square tubular sample tube by combining four sample plates on a flat plate. On the other hand, the sample tube of Comparative Example 1 needs to process the sample material into a tubular shape. If the sample material is a material that can be welded, it is necessary to bend the flat sample material into a tube and weld it, and then weld the flange. If it is a material that cannot be welded, it must be made by cutting. For this reason, the cost is higher than in the case of the first embodiment.

比較例2及び比較例3では、サンプル材料を管状に加工する必要はないものの、角管状の測定管の角部にRが存在することにより、サンプル板と測定管の間に隙間が発生した。即ち、実施例1の場合に比べて測定管とサンプル板との密着性が低下する。また、角管をフランジを溶接する際に、溶接ビートの発生により削り出しで作成する場合に比べて隙間が大きくなった。 In Comparative Example 2 and Comparative Example 3, although it is not necessary to process the sample material into a tubular shape, a gap was generated between the sample plate and the measuring tube due to the presence of R at the corner of the rectangular tubular measuring tube. That is, the adhesion between the measurement tube and the sample plate is lower than in the case of Example 1. Further, when welding the flange of the square tube, the gap became larger compared to the case of creating by cutting due to the occurrence of a welding beat.

サンプル材料を表面処理により作成する場合について評価した。サンプル材料が高価である場合等、特定の材料に表面処理を施したものをサンプル材料とする場合ある。実施例1の場合には、平板状の材料に表面処理を施せばよく、容易にすることが可能である。これに対し、比較例1や比較例2の場合には、表面処理を施す材料が平板状ではないため、アルマイト処理等のアノード酸化処理や化成処理等のウエット処理ならまだしも、蒸着や溶射等の表面処理は困難である。   The case where the sample material was prepared by surface treatment was evaluated. When the sample material is expensive, the sample material may be obtained by subjecting a specific material to surface treatment. In the case of Example 1, it is only necessary to apply a surface treatment to a flat plate material, which can be facilitated. On the other hand, in the case of Comparative Example 1 and Comparative Example 2, since the material to be subjected to the surface treatment is not flat, the wet treatment such as anodizing treatment such as alumite treatment or chemical conversion treatment is still possible, such as vapor deposition or thermal spraying. Surface treatment is difficult.

サンプル管の熱伝導率について評価した。上記実施例及び比較例の測定管を有する各ラジカル測定装置において実際に測定を行い、温度センサと測定管外壁の温度を測定した。測定結果を図12に示す。なお、この測定において原料ガスは酸素とし、マイクロ波パワー700W、ガス流速1.5m/s、温度センサの位置100mmとした。図12に示すように、実施例1と比較して比較例1の温度センサの温度は約70℃低く、外壁温度は約2℃高い。外壁温度が高いのは、酸素ラジカルの再結合熱の他に、熱容量の違いが考えられる。   The thermal conductivity of the sample tube was evaluated. Measurement was actually performed in each radical measurement device having the measurement tubes of the above-described Examples and Comparative Examples, and the temperature of the temperature sensor and the outer wall of the measurement tube was measured. The measurement results are shown in FIG. In this measurement, the source gas was oxygen, a microwave power of 700 W, a gas flow rate of 1.5 m / s, and a temperature sensor position of 100 mm. As shown in FIG. 12, the temperature of the temperature sensor of Comparative Example 1 is about 70 ° C. lower and the outer wall temperature is about 2 ° C. higher than Example 1. The high outer wall temperature can be attributed to the difference in heat capacity in addition to the heat of recombination of oxygen radicals.

比較例2及び比較例3では、実施例1に比べて温度センサの温度が200℃程度低かった。角管の測定管とサンプル板の隙間やサンプル板同士の隙間が影響していると考えられる。温度センサの温度が高い方がS/N比のよい測定ができるが、比較例2及び比較例3では正確な測定に適していないといえる。比較例2及び比較例3では外壁温度も実施例1に比べて約3℃低かった。測定管とサンプル板の間の隙間により、熱が伝わり難くなっているためだと考えられる。以上のように、実施例1の構成は、比較例1乃至3の構成に比べてサンプル管の作成が容易であり、より正確な測定も可能であると考えられる。   In Comparative Example 2 and Comparative Example 3, the temperature of the temperature sensor was about 200 ° C. lower than that in Example 1. It is considered that the gap between the measuring tube of the square tube and the sample plate and the gap between the sample plates are affected. The higher the temperature of the temperature sensor, the better the S / N ratio can be measured, but it can be said that Comparative Example 2 and Comparative Example 3 are not suitable for accurate measurement. In Comparative Example 2 and Comparative Example 3, the outer wall temperature was also about 3 ° C. lower than in Example 1. This is thought to be due to the difficulty in transferring heat due to the gap between the measurement tube and the sample plate. As described above, it is considered that the configuration of Example 1 is easier to create a sample tube than the configurations of Comparative Examples 1 to 3, and more accurate measurement is possible.

2…ラジカル生成室
4…測定管
9…温度センサ
10…真空排気管
16…支持部材
18…遮蔽部材
2 ... Radical generation chamber 4 ... Measuring tube 9 ... Temperature sensor 10 ... Vacuum exhaust pipe 16 ... Support member 18 ... Shielding member

Claims (6)

原料ガスのプラズマを発生させることで前記原料ガスのラジカルを生成させるラジカル生成手段を有するラジカル生成室と、
前記ラジカル生成室に連通する測定管と、
前記測定管内に配置され、複数の、ラジカルの失活の速度を評価するための平板状のサンプル材料からなるサンプル板により管状のサンプル管が形成されるように、それぞれの前記サンプル板を支持する支持体と、
前記測定管を真空排気する真空排気部と、
前記サンプル管に挿通され、前記サンプル管の軸方向に沿って移動可能な温度センサと
を具備するラジカル測定装置。
A radical generation chamber having radical generation means for generating radicals of the source gas by generating plasma of the source gas;
A measuring tube communicating with the radical generation chamber;
Each of the sample plates is supported so that a tubular sample tube is formed by a plurality of sample plates made of a plate-like sample material for evaluating the rate of radical deactivation. A support;
An evacuation unit for evacuating the measurement tube;
A temperature measurement device comprising: a temperature sensor inserted through the sample tube and movable along the axial direction of the sample tube.
請求項1に記載のラジカル測定装置であって、
前記支持体は、前記測定管と複数の前記サンプル板とに面接触する
ラジカル測定装置。
The radical measurement device according to claim 1,
The support is in radical contact with the measuring tube and the plurality of sample plates.
請求項2に記載のラジカル測定装置であって、
前記測定管内に配置され、前記支持体及び前記サンプル板の端面を前記測定管内に露出しないように被覆する被覆部材
をさらに具備するラジカル測定装置。
The radical measurement device according to claim 2,
A radical measuring apparatus further comprising a covering member disposed in the measuring tube and covering the support and the end surface of the sample plate so as not to be exposed in the measuring tube.
請求項3に記載のラジカル測定装置であって、
前記支持体は、複数の、前記測定管に面接触する第1の面と前記サンプル板に面接触する第2の面を有する支持部材からなる
ラジカル測定装置。
The radical measurement device according to claim 3, wherein
The said support body consists of a support member which has a some 1st surface which contacts a surface of the said measurement tube, and a 2nd surface which contacts a surface of the said sample plate.
請求項4に記載のラジカル測定装置であって、
前記測定管は、円管であり、
前記支持体は、前記サンプル管が矩形管となるように前記サンプル板を支持する
ラジカル測定装置。
The radical measurement device according to claim 4,
The measuring tube is a circular tube,
The said support body is a radical measuring device which supports the said sample board so that the said sample tube may become a rectangular tube.
ラジカルの流路を形成する測定管と、
前記測定管内に配置され、複数の、ラジカルの失活の速度を評価するための平板状のサンプル材料からなるサンプル板により管状のサンプル管が形成されるように、それぞれの前記サンプル板を支持する支持体と
を具備するラジカル測定管。
A measuring tube that forms a flow path for radicals;
Each of the sample plates is supported so that a tubular sample tube is formed by a plurality of sample plates made of a plate-like sample material for evaluating the rate of radical deactivation. A radical measuring tube comprising a support.
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